Az előző fejezetben röviden ismertetett módon a neurotranszmitterek a preszinaptikus idegvégződésekből a szinaptikus hasadékba felszabaduló kémiai jelek. A neurotranszmitterek ezt követő kötődése a posztszinaptikus neuronok (vagy a célsejtek más osztályainak) specifikus receptoraihoz átmenetileg megváltoztatja a célsejtek elektromos tulajdonságait, ami a posztszinaptikus hatások óriási változatosságához vezet (lásd a 7. és 8. fejezetet).
A huszadik század első felében heves vita tárgyát képezte az az elképzelés, hogy az elektromos információ kémiai jelátvitel útján továbbítható egyik neuronból a másikba. Az egyik kulcsfontosságú kísérletet, amely ezt az elképzelést alátámasztotta, Otto Loewi német fiziológus végezte el 1926-ban. Egy állítólag az éjszaka közepén támadt ötlete alapján Loewi bebizonyította, hogy a vagus ideg elektromos ingerlése egy kémiai jel felszabadításával lassítja a szívverést. Két béka szívét izolálta és perfundálta, és figyelte a szívverésük ütemét (6.1. ábra). Kísérletének lényege az volt, hogy összegyűjtötte az ingerelt szíven átfolyó perfuzátumot, és átvezette a másik szívbe. Annak ellenére, hogy a második szívet nem stimulálták, annak ütése is lelassult, ami azt mutatja, hogy a vagusideg egy, a perfuzátumban felhalmozódó kémiai anyag felszabadításával szabályozza a szívfrekvenciát. Az eredetileg “vagusanyagként” emlegetett anyagról később kiderült, hogy acetilkolin (ACh), amely az évek során a legjobban tanulmányozott neurotranszmitterré vált. Az ACh nemcsak a szívben, hanem a központi és a perifériás idegrendszer számos posztszinaptikus célpontján hat, elsősorban a harántcsíkolt izmok neuromuszkuláris átmenetében és a zsigeri motoros rendszerben (lásd az 5. és 21. fejezetet).
6.1. ábra
Loewi kémiai neurotranszmissziót demonstráló kísérlete. (A) A kísérleti elrendezés ábrája. (B) Ahol egy izolált béka szívének vagus idegét stimulálták, a szívfrekvencia csökkent (felső panel). Ha az ingerelt szívből származó perfúziós folyadék (tovább…)
Az évek során számos olyan formális kritérium alakult ki, amelyek egy anyagot véglegesen neurotranszmitterként azonosítanak (A keretes írás). Ennek ellenére az egyes szinapszisokban aktív neurotranszmitterek azonosítása továbbra is nehéz vállalkozás, és sok szinapszis esetében (különösen az agyban) a neurotranszmitter jellege nem jól meghatározott. Azokat az anyagokat, amelyek nem feleltek meg az A. dobozban vázolt összes kritériumnak, “feltételezett” neurotranszmittereknek nevezzük.
Box A
A neurotranszmittert meghatározó kritériumok.
A neurotranszmitterek más jelátviteli molekulákkal szembeni megkülönböztető jellemzőit az endokrin rendszer által szekretált hormonok hatásával való összehasonlítás teszi egyértelműbbé. A hormonok jellemzően a hormonkiválasztó sejtektől távol eső célsejtekre hatnak (lásd a 8. fejezetet). Ezt a “távoli hatást” a hormonok véráramba történő felszabadulásával érik el. Ezzel szemben a távolság, amelyen a neurotranszmitterek hatnak, elenyésző. Sok szinapszisban a transzmitterek csak a posztszinaptikus sejt receptoraihoz kötődnek, amelyek közvetlenül a preszinaptikus terminál alatt helyezkednek el (6.2A ábra); ilyen esetekben a transzmitter egy mikrométernél kisebb távolságon keresztül hat. Még ha a neurotranszmitterek lokálisan diffundálnak is, hogy megváltoztassák a közelben lévő több posztszinaptikus (és néha preszinaptikus) sejt elektromos tulajdonságait (6.2B. ábra), akkor is csak több tíz-száz mikrométeres távolságokra hatnak. Míg a neuronok megnyúlt axonális folyamatai lehetővé teszik, hogy a neurotranszmitterek akár egy méter távolságra is felszabaduljanak a neuronsejttesttől, ezek a transzmitterek még mindig csak a felszabadulás preszinaptikus helyének közelében hatnak (6.2C ábra).
6.2. ábra
A neurotranszmitterek hatásának lokalizációja. A neurotranszmitterek általában vagy lokálisan (A), egyetlen posztszinaptikus sejt egy kis régiójának elektromos ingerlékenységét megváltoztatva, vagy diffúzabban (B), egy (tovább…)
Míg a neurotranszmitterek és a hormonok közötti különbségtétel általában egyértelmű, egy anyag az agy egyik régiójában neurotranszmitterként, míg máshol hormonként működhet. Például a vazopresszin és az oxitocin, két peptidhormon, amelyek a hátsó agyalapi mirigyből kerülnek a keringésbe, számos központi szinapszisban neurotranszmitterként is működnek. Számos más peptid is hormonként és neurotranszmitterként egyaránt szolgál.